大口径超薄基板双面溅射膜厚均匀性研究

可见光高透射近红外高截止滤光片采用大口径超薄尺寸的玻璃作为基板,在两面同时沉积制备而成,因此对薄膜均匀性及成膜后基板面型有着较高的要求。以Nb/Si作为薄膜靶材,采用反应溅射镀膜的方法,从靶材磁场强度分布、公-自转系统、基板夹具遮挡角度三个方面分析膜厚均匀性的差异,采用对称膜系结构,实现红外截止滤光片上下表面薄膜应力平衡。最终制备的薄膜均匀性在300 mm范围内达到0.13%,基板翘曲度为0.085 mm,满足使用需求。     

平面型三级行星夹具膜厚均匀性仿真研究

建立了平面型三级行星夹具膜厚均匀性数学模型,根据该模型编写计算机仿真程序,研究了1.8 m大口径镀膜机使用平面型三级行星夹具的膜厚均匀性问题。以光驰OTFC-1800-DCI型镀膜机为仿真对象,分析了蒸发源特性、行星夹具倾角和行星轨半径对膜厚均匀性的影响。仿真计算结果表明：行星夹具倾角是影响平面型三级行星夹具膜厚均匀性的主要因素,当行星夹具倾角α=64°时,膜厚分布最为均匀,不均匀性为0.1%。行星轨半径对膜厚均匀性也存在影响,当行星轨半径在665 mm时,膜厚分布最为均匀,膜厚不均匀性控制在1%以内。平面型三级行星夹具膜厚分布理论模型对实际镀膜工作有一定的指导意义。     

大口径镀膜机膜厚均匀性分析

以2.2m镀机为例分析大口径镀膜机膜厚分布情况，考虑旋转球面的情况，建立平板型和球面型行星夹具膜厚均匀性的计算模型，给出计算结果。     

深紫外大口径非球面反射膜的均匀性研究

膜厚均匀性作为高精度光学薄膜的重要参数,对光学薄膜的性能起到至关重要的作用,特别是大尺寸高精度反射膜,对膜厚均匀性的要求极高。本文通过研究蒸发源的发射特性与膜厚分布,结合Mathcad软件建立精准数学及物理模型,编写自动程序,模拟修正挡板形状,极大地提高了薄膜制备均匀性修正的效率与准确性。通过该方法,在公自转行星蒸发沉积设备上制备了直径为320 mm的非球面深紫外反射镜,在紫外(240～300 nm)波段平均反射率大于97.5%,均匀性优于0.5%。本研究对大口径非球面薄膜的均匀性修正提供了理论基础与技术支撑。     

光束定向器中膜厚不均匀性对远场性能的影响

讨论DF(氟化氘)强激光系统光束定向器中的光学薄膜，用偏振光线追迹分析定向器出瞳主激光、信标光偏振态变化，计算膜厚不均匀性对远场性能的影响．     

具有大面积均匀性、高质量的大尺寸中阶梯光栅铝膜的研究

大尺寸中阶梯光栅具有大孔径和极高的衍射级次,可以实现普通光栅难以达到的极高光谱分辨率,而制备大面积均匀性的高质量铝膜是实现高性能大尺寸中阶梯光栅的关键因素.本文首次详细报道了具有大面积均匀性、高质量的大尺寸中阶梯光栅铝膜的制备工艺.首先通过理论计算模拟了蒸镀过程中蒸发源的位置、发射特性以及夹具高度对铝膜均匀性的影响,然后研究了关键的蒸发工艺参数,例如蒸发速率、蒸发高度等对铝膜均匀性和铝膜质量的影响,最后在最佳化的蒸发工艺条件下,成功制备出满足大尺寸中阶梯光栅用的在直径700 mm范围内的均匀性小于1%、厚度大于10μm的高质量铝膜.     

膜厚监控误差及监控片不均匀对膜厚监控的影响

借助于VC 编程从理论上模拟分析了膜厚监控误差以及监控片不均匀性对光学膜厚监控的影响。结果表明,膜厚监控误差和监控片的不均匀性都对监控曲线有影响;随着膜层层数的增加,监控片不均匀性逐渐增大。实验制备了多层规整薄膜并对其监控曲线进行了分析,分析表明考虑到膜厚监控误差和监控片不均匀性后计算的光学监控曲线和镀膜过程实测光学监控曲线吻合较好。这说明膜厚监控误差和监控片不均匀性是引起监控曲线与理论值偏离的重要因素。介绍了如何计算考虑膜厚监控误差和监控片不均匀性后的理论监控曲线。这将对膜厚自动监控,尤其是对非规整膜系的自动监控具有重要的指导意义。     

大口径光学元件薄膜厚度均匀性修正

研究了2.2 m高真空箱式镀膜机镀膜时的实际膜厚分布情况。对非球面和平面光学元件,分别采用行星夹具和平面公转夹具并利用修正板调节膜厚均匀性。从实验上实现了大口径薄膜均匀性的调节,并获得较为理想的结果。口径在700 mm范围内,对于凹面均匀性可以控制在0.7%以内,平面均匀性在1%以内;口径在1 200 mm范围内凹面元件均匀性可控制在1%以内,平面1 300 mm口径以内窗口均匀性可控制在1%以内。镀制了口径在400~1 300 mm的多种天文观测上使用的反射镜、增透膜等,获得了理想的光谱曲线与较好的使用效果。     

大口径光学元件薄膜厚度均匀性修正

 研究了2.2 m高真空箱式镀膜机镀膜时的实际膜厚分布情况。对非球面和平面光学元件,分别采用行星夹具和平面公转夹具并利用修正板调节膜厚均匀性。从实验上实现了大口径薄膜均匀性的调节,并获得较为理想的结果。口径在700 mm范围内,对于凹面均匀性可以控制在0.7%以内,平面均匀性在1%以内;口径在1 200 mm范围内凹面元件均匀性可控制在1%以内,平面1 300 mm口径以内窗口均匀性可控制在1%以内。镀制了口径在400~1 300 mm的多种天文观测上使用的反射镜、增透膜等,获得了理想的光谱曲线与较好的使用效果。     

一种监控膜厚的新算法

光学薄膜的光学特性与其每一膜层的厚度密切相关,为了制备出符合要求的光学薄膜产品,在制备过程中必须监控膜厚。光学薄膜实时监控精度决定了所镀制的光学薄膜的厚度精度。针对光电极值法极值点附近监控精度低、无法精确监控非规整膜系的缺陷,提出了新的光学薄膜膜厚监控算法。该算法通过数学运算,使得光学薄膜的光学厚度与透射率呈线性关系,并且有效地消除光源波动、传输噪声等共模干扰的影响,算法精度可控制在2%以内。     

行星夹具膜厚均匀性计算

 建立了平板型和球面型行星夹具膜厚均匀性的计算模型。利用根据这些模型编制的计算程序计算了基板表面膜层厚度分布与蒸发源位置、蒸发源发射特性、夹具高度、行星轨半径以及行星夹具的倾角之间的关系。并得到了一组典型结果。     

行星夹具膜厚均匀性计算

建立了平板型和球面型行星夹具膜厚均匀性的计算模型。利用根据这些模型编制的计算程序计算了基板表面膜层厚度分布与蒸发源位置、蒸发源发射特性、夹具高度、行星轨半径以及行星夹具的倾角之间的关系。并得到了一组典型结果。     

基于离子束溅射大口径光学元件平坦化层均匀性研究

针对大口径光学元件溅射沉积膜厚不均匀的问题,采用离子束溅射平坦化层来改善光学元件表面粗糙度.利用膜厚检测仪测出光学元件沉积面上的中心区域以及各边缘区域的膜厚值,计算离子束在光学元件中心与边缘驻留时间比,并通过MATLAB拟合驻留时间分布规律,根据所得的数据进行逐级修正.实验结果表明,当驻留时间比优化为-26.6%时,可以实现在直径300～600mm大口径的光学元件上均匀镀膜,以熔石英表面上镀硅膜为例,溅射沉积6h,表面膜厚为212.4±0.3nm,薄膜均匀性达到0.4%.     

基底温度对中阶梯光栅厚铝膜质量的影响

大尺寸中阶梯光栅具有大孔径和极高的衍射级次,可以实现普通光栅难以达到的极高光谱分辨率。中阶梯光栅通常是利用刻划机在厚铝膜上刻划而成,所以制备大面积均匀性的高质量铝膜刻划基底是实现高性能大尺寸中阶梯光栅的关键因素。在较厚铝膜的制备工艺中,基底温度是至关重要的工艺参数。本文通过电子束热蒸发镀铝工艺在不同基底温度下制备了厚铝膜样品,并利用原子力显微镜、扫描电镜等手段从宏观和微观尺度详细分析了基底温度对铝膜质量的影响。铝膜平均晶粒尺寸从100℃时的264.34 nm增大到200℃时的384.97 nm和300℃时的596.35 nm,表面粗糙度Rq从100℃时的34.7 nm增长到200℃时的58.9 nm和300℃时的95.1 nm。结果表明,随着基底温度的升高表面粗糙度迅速增大,铝膜的表面质量严重退化。     

强激光主镜膜厚不均匀性对偏振和光学图像的影响

本文讨论了在特定镀膜室的几何尺寸约束下,一定直径(0.8m)的主反射镜的膜层厚度分布。给出了金属增强型高反射膜系由于不均匀性对光束偏振态的影响;计算了1.06μm主激光和0.5893μm的信标光产生的相位畸变。通过修正设计得到符号相同的相位变化,从而使信标光达到预期目的。     

三级公自转行星系统中弯月透镜表面膜厚均匀性的研究

为提高弯月透镜表面的膜厚均匀性,对三级公自转行星系统中弯月透镜表面进行了膜厚均匀性的研究。构建了三级公自转行星盘的运动轨迹方程,并根据膜厚计算公式,建立了与三级盘倾角、公转半径有关的弯月透镜表面相对膜厚分布模型,采用电子束蒸发和离子束辅助沉积技术对分布模型进行了实验验证。此外,根据多次实验结果优化三级公自转行星系统结构参数,以提高弯月透镜表面的膜厚均匀性。实验结果表明,在未使用修正挡板技术的情况下,当公转半径为650 mm、倾角为60°时,可将弯月透镜凸面表面膜厚均匀性控制在±2.45%以内。     

德鲁德分布非均匀膜的光学特性模拟分析

从德鲁德理论出发,对多元共蒸法镀制的非均匀膜的折射率分布与沉积速率的关系进行了探讨;然后利用计算机辅助模拟,对德鲁德分布非均匀光学薄膜,从单周期和多周期、正变和负变、完整周期和存在半周期几个方面对其光学特性进行了系统分析.研究发现：其透射率的极小值和周期数的关系遵从周期数的三次多项式衰减规律,不同规律的德鲁德分布非均匀膜可用来设计不同功能的滤光片.     

平面行星夹具的物理气相沉积均匀性计算

建立了平面行星夹具薄膜淀积无量纲模型,通过对蒸发源位置L/H、行星主轴与副轴距离P/H、夹角倾角A以及蒸发源蒸汽发射特性N等因素的分析,得到了典型径向理论均匀的优化几何配置.并从优化几何配置的膜料效率、角向均匀性和膜厚分布对蒸发源蒸汽发射特性变化的敏感性方面评价优化结果,得到了最优化设计区域.结果表明,优化配置的L/H+P/H小,则角分布差异小;L/H+P/H和A小,则膜料效率高L<P,A=-15°时,优化配置对N变化最不敏感L>P时,由N变化引起的典型径向分布变化小于0.5%.